Учет и движение сотрудников по отделу кадров ТЭАКТ

ОС влияет на входное и выходное сопротивления усилителя, при этом последовательная ООС увеличивает сопротивление (входное или выходное), а параллельная — уменьшает. Степень влияния ООС на сопротивление (аналогично усилению) определяется глубиной ОС.

При введении частотнонезависимой ООС по напряжению расширяется АЧХ усилителя, стабилизируется выходное напряжение, и как следствие, уменьшается неравномерность АЧХ. При помощи частотнозависимой ООС можно придать АЧХ усилителя различную форму.

Устойчивость усилителя с ООС зависит от коэффициента усиления и коэффициента передачи цепи обратной связи, т.е. от глубины ООС. При глубокой ООС фазовые сдвиги на низших и высших рабочих частотах обуславливают появление ПОС, которая вызывает неустойчивость работы усилителя, а иногда и самовозбуждение. Из-за этого в усилителях с глубокой ООС необходимо расширять диапазон частот с линейной ФЧХ.

 

 

2.5 Обратная связь по  постоянному току

 

ООС по постоянному току используется в основном для стабилизации режимов  работы транзисторов. Для этого применяется как местная, так и общая ООС.

 

Рисунок 2.6 - Схемотехническая реализация ООС по постоянному току

 

Местная ООС бывает трех типов: параллельная (рисунок 2.6а), последовательная (рисунок 2.6б) и комбинированная (рисунок 2.6в).

В схеме ООС параллельного типа, называемой также схемой коллекторной стабилизации (рисунок 2.6а), обратная связь поступает с коллектора транзистора на его базу через сопротивление R_б . При возрастании тока коллектора (под влиянием дестабилизирующих факторов) увеличивается падение напряжения на сопротивлении коллекторной нагрузки R_k . Это приводит к уменьшению тока базы, а соответственно и тока коллектора. Эффективность стабилизации, определяемая соотношением сопротивлений R_k и R_б , обычно мала. В данной схеме ООС действует как по постоянному, так и по переменному току. Если необходимо ослабить действие ООС на частотах сигнала, резистор R_б можно заменить на RC – цепочку, как показано в верхней части рисунка пунктиром.

В схеме ООС последовательного  типа, называемой также схемой эмиттерной стабилизации (рисунок 2.6б), сопротивление ОС R_э включено в цепь эмиттера. За счет делителя R_б1 и R_б2 напряжение на базе транзистора поддерживается примерно постоянным. При возрастании тока коллектора (под влиянием дестабилизирующего фактора) увеличивается ток эмиттера и возрастает падение напряжения на сопротивлении R_э , в результате чего уменьшается напряжение на переходе база–эмиттер транзистора, что приводит к уменьшению тока коллектора.

Общая ООС по постоянному току может  быть реализована только при непосредственной связи каскадов. Один из видов такой ООС для двух каскадов показан на рис. 5г. Напряжение смещения на базу транзистора T₁ подается от эмиттерного сопротивления Rэ через сопротивление обратной связи ROC . Если под влиянием дестабилизирующего фактора возрастает ток базы второго транзистора T₂ , то увеличивается падение напряжения на сопротивлении R_э и, соответственно, протекающий через него ток, что приводит к увеличению тока коллектора первого транзистора. В результате снижается напряжение на коллекторе T₁ и уменьшается ток коллектора T₂ .

 

 

2.6 Обратная связь по  переменному току

 

ООС по переменному току широко используется в УНЧ для улучшения качественных показателей, как всего усилителя, так и отдельных его каскадов. Для этого применяется как местная, так и общая ООС. В УНЧ используются преимущественно два вида общей ООС по переменному току: последовательная ООС по напряжению и параллельная ООС по току. Местная ООС по переменному току также бывает двух основных типов: параллельная и последовательная. Параллельная ООС осуществляется с помощью сопротивления R_б , включенного между коллектором и базой транзистора (рисунок 2.7а, данная схема обеспечивает отрицательную обратную связь как по постоянному, так и по переменному току).

Параллельная ООС по переменному  току используется преимущественно  для частотной коррекции –  при необходимости снизить усиление в области верхних частот, при  этом вместо резистора R_б включают конденсатор C_б (рисунок 2.7а): глубина ООС с ростом частоты будет возрастать, следовательно, усиление верхних частот сигнала будет падать.

Последовательная ООС по переменному  току, также как и по постоянному  току, осуществляется с помощью сопротивления  Rэ включенного в цепь эмиттера транзистора (рисунок 2.7б). В данной схеме можно разделить влияние ООС по постоянному току и ООС по переменному току, но в цепь ООС обязательно должно быть включено сопротивление R_э , необходимое для прохождения постоянного тока эмиттера. Для разделения влияния этих ООС используют блокировочные конденсаторы (рисунок 2.7б,в). За счет емкости C_э последовательная ООС становится частотнозависимой – с ростом частоты входного сигнала уменьшается импеданс блокировочного конденсатора Cэ и глубина ООС по переменному току уменьшается.

 

Рисунок 2.7 - Примеры реализации обратной связи по переменному току

 

Пример реализации общей ООС  по переменному току для двухкаскадного усилителя приведен на рис. 6г. Элементами цепи ООС, связывающей коллектор  транзистора T₂ с эмиттером T₁ , являются резисторы R_OC и R_Э1. Для устранения возникающей при таком включении ООС по постоянному току последовательно с резистором R_OC включается конденсатор C_OC . Обычно ёмкость этого конденсатора выбирается большой, такой, чтобы даже для наиболее низкой частоты спектрального диапазона усиливаемого сигнала импеданс конденсатора был достаточно малым. ООС по переменному току широко используется в каскадах как предварительных, так и мощных УНЧ для повышения входного сопротивления, стабильности коэффициента усиления и для коррекции АЧХ. В УНЧ, охваченных ОС, предусматриваются специальные меры по повышению их устойчивости. Для этого ограничивается допустимая глубина ОС, а также применяется частотная коррекция – ограничивается усиление верхних частот вне рабочего диапазона. Для создания таких корректирующих цепей используется, в частности, частотнозависимая параллельная ОС (местная и общая). Для исключения паразитных ОС применяются рациональный монтаж (исключающий возникновение паразитных электрических или магнитных связей), экранировка и развязка каскадов усиления по цепям питания. Использование положительной обратной связи в УНЧ позволяет повысить коэффициент усиления или получить отрицательное выходное сопротивление усилителя, что приводит к улучшению работы акустических систем. Одновременно с ПОС необходимо обязательно применять ООС, иначе работа усилителя будет неустойчивой.

 

 

2.7 Параметры транзисторного  УНЧ

 

Каскады усиления напряжения звуковой частоты чаще всего выполняются  на транзисторах, включённых по схеме  с ОЭ, так как при этом получается наибольшее усиление сигнала. Рабочую  точку усилительного каскада  выбирают в каждом конкретном случае в зависимости от параметров, которыми должен обладать усилитель. Основными требованиями, предъявляемыми к каскаду, являются:

- максимальное усиление по напряжению;

- минимальные частотные и нелинейные  искажения;

- высокая экономичность;

- температурная стабильность.

Одновременно выполнить все эти требования невозможно. Так, например, при большом усилении снижается устойчивость работы усилителя, который легко возбуждается, превращаясь в генератор, и нарушается его нормальное функционирование. Увеличение температурной стабильности обязательно сопровождается снижением усиления и КПД.

Основным требованием, наиболее часто  предъявляемым к предварительным  усилителям напряжения, является требование минимальных нелинейных и частотных  искажений усиливаемого сигнала. В  качестве предварительных усилителей напряжения часто используют каскад со схемой эмиттерной стабилизации (рисунок 2.8а) или дифференциальный усилитель (рисунок 2.8б).

 

Рисунок 2.8 - Типичные схемы предварительных  усилителей напряжения

Рассмотрим приближённую схему  расчета параметров усилителя напряжения (рисунок 2.8а). Рабочая точка такого каскада выбирается в следующей последовательности:

Для используемого в схеме транзистора  по справочным данным определяют максимально  допустимые значения коллекторного  тока I _{max K} и напряжения U _{max KЭ} и максимальную рассеиваемую мощность P _{max KЭ} .

Например, широко распространенный транзистор КТ315Д имеет следующие параметры:

– максимальный ток коллектора I _{max K} = 100 мА;

– максимальное напряжение коллектор - эмиттер U _{max KЭ} = 40 В;

– максимальная рассеиваемая мощность транзистора P _{max KЭ} = 150 мВт;

– статический коэффициент усиления в схеме с ОЭ h_21Э ≈ 50.

На семействе выходных вольт - амперных характеристик (ВАХ) транзистора (рисунок 2.9а) строится линия нагрузки БВ, исходя из следующих условий:

 

 (2.5)

 

 (2.6)

 

Выполнение неравенства (2.5) необходимо потому, что коллекторный ток насыщенного транзистора должен быть меньше максимального допустимого тока I _{max K} . Коэффициент 0,8 гарантирует выполнение этого неравенства при разбросе сопротивления резистора R_k и нестабильности питания U_п . Выполнение неравенства (2.6) обеспечивает надёжную работу транзистора в режиме отсечки или при обрыве цепи базовых резисторов, когда напряжение на коллекторе транзистора поднимается почти до U_п .

 

Рисунок 2.8 - К расчету параметров усилителя напряжения

Р.т. каскада в режиме класса А  выбирается в средней части рабочего участка линии нагрузки БВ и характеризуется тремя параметрами: токами покоя I⁰_Б, I⁰_K, напряжением U⁰_KЭ . Затем она переносится на входную ВАХ транзистора, снятую при U_КЭ = U⁰_KЭ , и по найденному значению I⁰_Б определяется напряжение U⁰_БЭ (рисунок 2.9б). Изменение положения р.т. обеспечивается изменением сопротивления резистора R_б1 .

В инженерных расчетах параметры  I⁰_Б , I⁰_K , U⁰_KЭ, а через них значения резисторов можно оценить по приближенным формулам, если принять следующие допущения:

– амплитуда входного сигнала настолько  мала, что рабочая точка всегда находится на линейном участке динамической характеристики транзистора;

– ёмкость конденсатора C_э настолько велика, что его сопротивлением переменному току на наименьшей частоте усиливаемого сигнала можно пренебречь (т.е. считать, что переменное напряжение на эмиттере транзистора равно нулю);

– линейный участок динамической характеристики расположен симметрично относительно нуля и напряжения питания, что обеспечивает возможность приблизительно одинакового изменения коллекторного тока в сторону уменьшения и сторону увеличения.

Таким образом, можно выбрать начальное  напряжение на коллекторе в отсутствии сигнала при работе усилителя в режиме класса А равным половине напряжения источника питания U⁰_KЭ = 0.5 * U_п.

Как уже отмечалось, начальный ток  коллектора I⁰_K и начальный ток базы 0БI выбирают по ВАХ транзистора, однако можно поступить иначе: выбрать начальный ток коллектора, который обеспечивает рассеиваемую транзистором мощность заведомо меньшую максимальной P ^max_KЭ . Для большинства маломощных транзисторов приемлемым можно считать начальный ток коллектора 0.1…1 мА.

Тогда сопротивление коллекторного резистора определяется:

 

  (2.7)

 

Сопротивление в цепи эмиттера R^Э обычно выбирается так, чтобы выполнялось соотношение U⁰_Э ≈ 0.1 U_п, т.е. ( I_K ≈ I_Э )

 

   (2.8)

 

Величина сопротивления R_б2 определяется как

 

   (2.9)

 

где U⁰_БЭ – напряжение базы, которое определяется значением I⁰_Б по ВАХ транзистора, I_d – ток делителя, можно выбрать I_d ≈ 10 * I⁰_Б.

Величина сопротивления R_б1 определяется как

 

 (2.10)

 

Если схема усилителя допускает  подстройку сопротивления хотя бы одного резистора (обычно резистор R_б1 разбивается на два – постоянный и подстроечный), для инженерных расчетов бывает достаточно точности более простых выражений, определяемых следующими условиями без привлечения ВАХ транзистора.

Поскольку для нормальной работы транзистора (в режиме класса А) эмиттерный переход должен поддерживаться в открытом состоянии, т.е. напряжение на базе на 0.6 В (для кремниевых транзисторов) должно быть выше напряжения на эмиттере: U_Б = U_Э + 0.6В. Кроме того, для обеспечения стабильности постоянного смещения на базе транзистора ток делителя I_d должен значительно превышать ток базы (примерно в 5…10 раз).

Базовый ток можно оценить как  I⁰_Б ≈ I⁰_K/h_21Э (где h21Э – коэффициент усиления транзистора в схеме с ОЭ, приводится в справочной литературе).

Таким образом, ток делителя можно выбрать I_d ≈ 10 I⁰_Б = и, если пренебречь базовым током, значения сопротивлений делителя R_б1 и R_б2 определяются из соотношений:

 

 (2.11)

 

Выбор значений ёмкостей конденсаторов  зависит от требований, предъявляемых к частотным характеристикам усилителя, в частности к нижней граничной частоте f_n усиливаемого сигнала:

 

 (2.12)

 

где R_вх – входное сопротивление усилителя, R_вых – выходное сопротивление, R_н – сопротивление нагрузки. Обычные значения ёмкостей конденсаторов C_Э – 10…100 мкФ, C_б и C_к – 0.05…50 мкФ.

Входное и выходное сопротивления  усилителя (переменному току) можно  оценить следующим образом. Напряжение входного сигнала U_вх поступает через разделительный конденсатор C_б на базу транзистора и вызывает протекание тока через резисторы R_б1, R_б2 базового делителя и в цепи базы транзистора и изменяет ток коллектора на I_K и напряжение на коллекторе на U_КЭ =   I_K * R_k . Входным сопротивлением каскада являются параллельно включенные резисторы базового делителя ( R_б1 || R_б2 ) и входное сопротивление транзистора h_11Э (h_11Э ≈ h_21Э * (25мВ / I_K [мA]) ~1 кОм).

 

 (2.13)

 

Обычно сопротивление резисторов R_б1 и R_б2 значительно больше входного сопротивления h_11Э транзистора, поэтому выражение для R_вх можно упростить: R_вх = h_11Э .

Следует отметить, что входное сопротивление переменному току отличается от входного сопротивления постоянному току, т.к. мы использовали допущение, что из-за наличия конденсатора C_Э отрицательная обратная связь по переменному току отсутствует (переменное напряжение на эмиттере транзистора равно нулю). Наличие ООС по постоянному току приводит к тому, что входное сопротивление постоянному току будет определяться величиной (R_б1 || R_б2 ), поскольку входное сопротивление транзистора в данном случае определяется как h_21Э * R_Э и обычно имеет большую величину. В любом случае, лучше выбирать R_б1 || R_б2 << h_21Э * R_Э.